《计算机电路基础(第二版)》-第12章 数字信息采集与处理

3. 输出建立时间 从输入数字信号到输出模拟电压 （或电流）到达稳态值所需要的时 间，称为输出建立时间。目前单片 DAC建立时间最短为1.5µ s。在不含 参考电压源和运放的单片DAC中， 可短至0.1µs以下。
12.2.2 D/A转换器的分类、特点、用途
图12-7是倒T型电阻网络D/A转换器的原理图。

（2）多路信号分时传送。在数据分配 中，是把一个数据有选择地传送到多路 输出中的某一路去。此外，我们还可以 将多路选择器与数据分配器结合起来， 实现多路信号的分时传送。多路信号分 时传送的示意图如图12-5所示。

由图12-5可以看出，由一条公用的信号线， 通过开关S1和S2将八个输入端和八个输出端 连起来。开关S1和S2同时动作，开关S1选择 八个输入信号中的一个，将选中的一路输入 信号送到通过开关S2选中的一个输出端输出。 多路信号分时传送电路如图12-6所示。
由图12-6可以看出，74151作为多路选择器，74LS138作为多路分配器，将二块集成电路的输入选
择端连接在一起，由外接控制信号来同时选择输入信号和输出通道。 工作原理如下：当CBA =100时，多路选择器74151选中的是输入端D4的输入信号W4，其输出Y=W4 （W4可以为0、也可以为1）；同时，作为多路分配器的74LS138，选中输出端Y4输出信号（这时只 有Y4输出为0，其余输出为1）。 前面讲过，在图12-6中74LS138只有G2B输入端为0时，其输入控制选择信号CBA才能选择某个输出 为0，若G2B输入端为1时，所有输出为1。因此，当控制端CBA=100时，Y = W4 = G2B =0时，才有 Y4=0输出；反之W4=1时，74LS138的Y0～Y7全部为1。图12-6所示的多路信号分时传送电路的特点 是：通过输入选择端C、B、A的控制，可以将分配其74151选中的输入低电平0信号，经过选择器 74LS138选中的输出端输出；选择器74LS138对分配器74151选中的输入高电平1信号不能传送。
倒 T 型电阻网络的转换原理图
倒T型电阻网络D/A转换器的特点是：模拟开关Si不管处于何处，流过各支路2R电阻中的电流总是近 似恒定值；另外该D/A转换器只采用了R、2R两种阻值的电阻，故在集成芯片中，应用最为广泛，是 目前D/A转换器中转换速度最快的一种。 此电路中的电子开关采用CMOS管构成，也有采用双极型（BJT）管的。
D0 D0 D0 D0
开关S


Y 输出

A1A0 =11时，选择D3输出。
输 入 选 择 A 1A0
多路选择器按其电路结构，可以分为由门电路阵列和由集成电路构成的多路 选择器两种。按功能可以分为十六选一、八选一（双八选一）、双四选一、
4×2二选一等多路选择器、按输出类型又可分为三态或二态多路选择器。
国产的5G7520是一种集成D/A转换器，它采用n = 10的倒T型电阻网络和CMOS开关。其原理图类似 图12-7。 V
DD
P3 P1 di N3 N4 P2
● ●
P4 2R
N5
N1 Iout1 Iout2
N2
图 12-8
5G7520 的 CMOS 模拟开关电路
图12-8是5G7520中的CMOS模拟开关之一，其中P1、P2和N3组成电平转移电路，使输入信号能与TTL 电平兼容。P3、N4和P4组成的反相器是模拟开关N1和N2的驱动电路，N1、N2构成单刀双掷开关。当 输入端di为高电平时，P3、N4组成的反相器输出高电平，P4、N5组成的反相器输出低电平，结果使N1 截止，N2导通将电流引向运放虚地。反之，当输入端di为低电平时N1导通，N2截止，将电流引向地端 。






由表12-2可知，当选通输入端S为1时， 输入选择信号A2A1A0不起作用，使Y=0 和W=1。当S=0时，根据A2A1A0排列组 合，输出端Y只输出由A2A1A0 选中的某 个输入数据，而此时W＝。这是多路选 择器的最常见用法。 由图12-3的接线可以看出，为了实现 Z=· B+A· =A⊕B， 将 A2、S、D0、D3～ D7 等输入端置0，将D1、D2 输入端置1， 将输入A、B分别接至输入选择端A1、 A0。参照表12-2可以得出： A = 0、B = 0时，Z = Y = D0 =0； A = 0、B = 1时，Z = Y = D1 = 1； A = 1、B = 0时，Z = Y = D2 = 1； A = 1、B = 1时，Z = Y = D3 = 0。 这样，输出Z与输入A、B满足异或逻辑 关系。
X
X
i 0
i
2
2．分辨率 DAC电路所能分辨的最小电压（此时输入的 数字代码只有最低有效位为1，其余各位是0 ）与最大输出电压（此时输入数字代码所有 各位是1）之比称为分辨率，它是DAC的重要 参数之一。例如n位D/A转换器的分辨率为
VLSE/VMAX=1/(2n-1)
其中，VLSE 为最小输出电压，VMAX 为最大输出电 压；n为输入数字量的位数。 由上式可知，分辨率的大小仅决定于输入二进制 数字量的位数，因此通常由DAC的位数n来表 示分辨率。当输出模拟电压的最大值一定时 ，DAC输入二进制数字量的位数n越多，VLSE 越小，即分辨率能力越高。
（2）集成电路多路选择器

图12-274151&12-3.bmp


集成电路多路选择器的用途很 广，除了在选择输入信号控制 下，从多个输入数据中选择一 个作为输出数据的这样一种基 本用途外，它还可以设计成数 码比较电路及函数发生器。
图12-3给出了利用74151集成电路 多路选择器构成的输入变量的异或 函数发生器。D0~D7 为输入数据， A2A1A0 为输入数据选择信号，S为 输出控制信号，Y和W为输出端且 互为反相。 74151的功能表如表12-2所示，表 中符号“×”表示未任意电平。
12.1.2 多路分配器
多路分配器，也称数据分配器或多路解调器。其功能是：在数据传输过程中，由选择控制信 号给出“地址”，将一个输入信息送至多个输出端中的一个。 （1）1-8路数据分配器。在第10章中讲 过74LS138用作三－八线译码器，这里 多路分配器的功能和多路选择器恰好相 我们还可以利用74LS138作为1－8路多 反，其示意图如图12-4所示。 路分配器。 74LS138作为译码器和1－ 8路数据分配器二种应用的比较，如表 图12-4.bmp 12-3所示。
12.2 D/A转换器

12.2.1 转换器的基本原理

12.2.2 D/A转换器的分类、特点、用途
12.2.3 D/A转换器的应用

12.2.1 转换器的基本原理

1．D/A转换器（DAC）的转换特性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量与输入数字量之间的转换关系。理想的 DAC转换特性应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压u0=KV×X或输出模 拟电流i0=Ki×X。其中，KV或Ki为电压或电流转换比例系数；为输入二进制数所代表的十进 制数，若输入为n位二进制数，则 n 1 i
当输入为n位数字信号时
VREF n1 i uo n 2 Di 2 i 0
VREF
I 2R
I/2 R I/2 S2 2R
I/4 R I/4 2R S1
I/8 R I/8 2R So
I/16 2R RF =R IF Uo
I/16
S3
i01
A
D3 D2 D1 图 12-7 D0 i02

多路选择器又称数据选择器或多路调制器或多路开 关，它在选择控制信号作用下，能从多个输入中选择
一个信息送至输出端。

输入选择信号控制开关S接通的 位置，对应的输入信息被选中 送至输出。
当输入选择信号: A1A0=00时，选择D0输出； A1A0= 01时，选择D1输出； A1A0 =10时，选择D2输出;
(1)与或门构成多路选择器
由与或门和非门构成的多路选择器的
表12-1为该电路的功能表，表中符号 “×”表示“0”或“1”电平均可。
多路选择器功能图表.bmp
逻辑图如图12-2所示。
A1 1 1
A0 1 D0 D1 D2 D3
1
& & & & ≥1 Y
从表12-1和图12-2可以看出，ST 是输 出控制信号，A1A0是输入信号选择 控制信号。数据 输出Y的逻辑表达式为
计算机电路基础(第二版)
何超 主 编
中国水利水电出版社
第12章 数字信息采集与处理
12.1 多路转换单元
12.2 D/A转换器 12.3 采样保持和模数转换单元（A/D） 本章小结

12.4 数据存储单元
12.5 语音芯片及其 应用 12.6 可编程逻辑器 件 习题12

12.1 多路转换单元


从图12-4可以看出，有一个输入端D，四个输 出端Y3、Y2、Y1、Y0 。当输出选择信号A1A0 = 00时，D接至输出Y0；A1A0 = 01时，D接至输 出Y1；A1A0 = 10时，D接至输出Y2；A1A0 = 11 时，D接至输出Y3。 同样，分配器按其电路结构可以分为由门电 路阵列构成，或由集成电路构成的分配器。 按功能可以分为四－十六、四－十、BCD－十 进制、三－八、双二－四分配器等。按输出 类型又可分为OC门或非OC门分配器。
I I I I io1 D3 D2 D1 D0 2 4 8 16 VREF 2 0 D0 21 D1 2 2 D2 2 3 D3 VREF 4 4 R 2 2 R
由于

i 0
3
2 i Di
iF = io1
所以
VREF 3 i uo io1 RF 4 2 Di 2 i 0